改进的节点电压分析法
2-5 节点电压法

R4
R5 I5
④
R6
I4 Us 4
(1/R2+1/R3+1/R5)U③- U②/R2-U④/R5=0 (1/R4+1/R5) U④- U③/R5=- US4 /R4-βI5
α U3
附加方程 U3 = - U③ I5 = (U③- U④)/R5
②
I1
①
U3
I3
R3
R2
③
βI5
R5 I5
U3= U① - γ I4 = (1- γ/R4) U①
附加方程:I4=U①/R4
①
把上面三式代入数据,得
1 1 3 ( + )= U 3 − 0.5 + I 4 U① 4 4 4
r I4 g U3
IS2
U3
② R4
R3
I4=U ① /R4 = U ① /4 U3 = U ① /4
I4
解得 U① =-8V, I4 = U1/R4 = -2A
④
代入数据得
R4
U②= -2U3 = 2U③ 31 U③- U②/2-U④/5=0 30
(G1+G2+G3+G4)U① -(G3+G4)U②= G4US4 + IS7 -(G3+G4)U① +(G3+G4+G5+G6)U② = -G4US4 + G6US6
US4
R4
② I5 I6
一般式:nk节点
GkkU k +
j =1 j ≠ k
∑
n −1
① I4 I1 I2 I3
GkjU j = ∑ GU S + ∑ IS
1 R11 + R12
电路分析方法介绍及应用-节点电压法

指针式万用表的设计 电路分析方法介绍及应用
《电路分析与实践项目化教程》
目录
CONTENTS
1 什么是节点电压法 2 节点电压法的推倒 3 节点电压法的应用
一、什么是节点电压法
节点电压法的定义
在具有n个节点的电路中,任选其中一个节点作为参考点, 其余个各节点相对参考点的电压叫做该节点的节点电压,以电路 的(n-1)个节点电压为未知数,按KCL列(n-1)个节点电流方 程联立求出节点电压,再求出其它各支路电压或电流的方法称为 节点电压法。
………………………………
G u (n1)1 10 G u (n1)2 20 G u (n1)(n1) (n1)0 iS (n1)(n1)
三、节点电压法的应用
例: 用节点电压法求图中各电阻支路电流。
三、节点电压法的应用
1、列出节点方程,整理得
节点 (11)u1 1u2 5
2u1 u2 5
2021/8/18
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节点电压法
总结
一、 指定电路中任一节点为参考节点,用接 地符号表示,标出各独立节点的编号;
二点 i2 i5 i6 0
u6 u20 u30 V2 V3
对节点 i3 i4 i6 iS2
(6)PTC起动器
图3-22 用PTC起动的单相异步电动机
PTC起动器又称半导体起动器,具有正温度系数的热敏电阻器 件,具有在陶瓷原料中掺入微量稀土元素烧结后制成的半导体晶 体结构。它具有随温度的升高而电阻值增大的特点,有着无触点 开关的作用。
结点电压法列方程

结点电压法列方程一、结点电压法简介结点电压法是一种基本的电路分析方法,它是以结点电压为未知量,通过列写各个结点处的基尔霍夫电流定律方程来求解电路中各元件的电流和各结点处的电压。
二、结点电压法的步骤1. 选择一个参考结点作为零电位,其他节点的电势都相对于这个参考结点而言。
2. 对于每个非参考节点,假设其电势为Vi,则在该节点处应用基尔霍夫定律,列出所有进入该节点和离开该节点的支路上的电流之和等于零的方程。
3. 将每个支路上的电流表示为与其两端节点之间的差值(即Ii=Vi-Vj)。
4. 将所有方程整理成标准形式(即仅包含未知量Vi),并解出这些未知量。
三、示例分析下面以一个简单的例子进行说明:在图中,假设参考节点为A,则有:1. 对于节点B:I1 = (VB - VA)/R1I2 = (VB - VC)/R2根据基尔霍夫定律得:I1 + I2 = 0将I1和I2代入上式得:(VB - VA)/R1 + (VB - VC)/R2 = 02. 对于节点C:I3 = (VC - VB)/R2I4 = (VC - VA)/R3根据基尔霍夫定律得:I3 + I4 = 0将I3和I4代入上式得:(VC - VB)/R2 + (VC - VA)/R3 = 0将以上两个方程整理成标准形式,得:(1/R1 + 1/R2)VB - 1/R2VC = VA/R1-1/R2VB + (1/R2 + 1/R3)VC = VA/R3解以上方程,可得:VB = (VA/R1 + VC/R2)/(1/R1 + 1/R2)VC = (VA/R3 + VB/R2)/(1/R2 + 1/R3)四、总结结点电压法是一种常用的电路分析方法,它可以简化复杂电路的分析过程,但需要注意选取参考节点和正确列出方程。
在实际应用中,可以借助计算机软件进行求解。
改进节点法及其应用

改进节点法及其应用Modified Nodal Approach and Its ApplicationWANG Xiao-huaABSTRACT:This paper introduces the fundamental concepts of modified nodal approach(MNA) and the method to write node equations,.It analyses the application of MNA in writing multiport hybrid matrix, analysis of passive and active filter, obtaining state equations, analyzing multiphase coupled networks, time domain analysis of transformer , establishing generalized state equations and multipleport equations and improving the reliability of numerical circuit simulation. In addition, in order to decrease the order of equations ,this paper develops two new methods.called the compact modified node approach and two-figure modified nodal approachKEY WORDS:modified nodal approach application compact modified node approach two-figure modified nodal approach摘要:本文介绍了改进节点法(MNA)基本概念及其节点方程的列写方法,简单分析了改进节点法在列写多端口混合矩阵、分析无源和有源滤波器、获取状态方程、分析多相耦合网络、对变压器进行时域分析、建立广义状态方程和多端口方程及提高数字电路仿真的可靠性等方面的应用。
节点电压法

以结点ⓞ为参考,并规定结点①、②、③的结点电
压分别用un1、un2、un3表示。 根据KVL,可得出: u10=un1 u20=un2 u30=un3 u12=un1-un2 u23=un2-un3
对电路的三个独立结点列出KCL方程:
i1+i4+i5=is1 i2-i5+i6=0 ① i3-i4-i6=-is2
A I2
RS R1
I1
Is
R2
U1 +
_
UA( 1 1)U1IS R1 R2 R1
方程左边:按原方法编写,但不考虑电流源支路 的电阻。 方程右边:写上电流源的电流。其符号为:电流 朝向未知节点时取正号,反之取负号。
类型5 例.应用节点电压法求U和I。
I
1
- 90V
+ 2
1 - U 20A +
1 R1
1 +
R4
u1
1 R4
u3=uRs1
is
u3
R3
R4 u1
R2
R1
R5
u2 is
+us
R6
-
1 R5
+
1 R6
u2
-
1 R5
u3=is
R 14u1R 15u5R 13R 14R 15u30
小结:对于含电流源支路的电路,列节点电位方程 时应按以下规则:
类型3:对含两条或两条以上纯理想电压源支路,但它们汇集于一结点的电路,可取该 汇集点为参考结点。
- US1 + R1
则 Va= Us3 ,Vb= Us4为已知。 故只需对节点3列结点电压方程
Va
- US2 +
改进节点法及其应用

改进节点法及其应用Modified Nodal Approach and Its ApplicationWANG Xiao-huaABSTRACT:This paper introduces the fundamental concepts of modified nodal approach(MNA) and the method to write node equations,.It analyses the application of MNA in writing multiport hybrid matrix, analysis of passive and active filter, obtaining state equations, analyzing multiphase coupled networks, time domain analysis of transformer , establishing generalized state equations and multipleport equations and improving the reliability of numerical circuit simulation. In addition, in order to decrease the order of equations ,this paper develops two new methods.called the compact modified node approach and two-figure modified nodal approachKEY WORDS:modified nodal approach application compact modified node approach two-figure modified nodal approach摘要:本文介绍了改进节点法(MNA)基本概念及其节点方程的列写方法,简单分析了改进节点法在列写多端口混合矩阵、分析无源和有源滤波器、获取状态方程、分析多相耦合网络、对变压器进行时域分析、建立广义状态方程和多端口方程及提高数字电路仿真的可靠性等方面的应用。
修正节点电压法

修正节点电压法修正节点电压法(Modified Nodal Voltage Method)是一种用于分析电路的方法,它基于基尔霍夫定律和欧姆定律,并通过对电路进行节点电压的修正来简化电路分析过程。
在这篇文章中,我们将介绍修正节点电压法的基本原理和应用,以及它相对于传统的节点电压法的优势。
修正节点电压法在电路分析中起到了简化计算和提高效率的作用。
它通过将电路中的每个节点的电压作为未知量,并根据电路的拓扑结构和电流分布,建立节点电压方程来描述电路中各个节点的电压之间的关系。
这些节点电压方程可以通过基尔霍夫定律和欧姆定律得到。
与传统的节点电压法相比,修正节点电压法的优势在于可以直接将电流源接入电路,而无需引入虚拟节点。
在传统的节点电压法中,为了处理电流源,需要在电路中引入虚拟节点,并通过添加额外的方程来描述虚拟节点的电压。
而在修正节点电压法中,电流源可以直接接入电路,无需引入虚拟节点,从而简化了计算过程。
修正节点电压法的基本原理是根据基尔霍夫定律和欧姆定律,将每个节点的电流表达为与其他节点电压之差和电路元件的电压有关的形式。
然后,通过对电路中的每个节点应用基尔霍夫电流定律,可以得到一组关于节点电压的线性方程。
这些方程可以通过求解线性方程组的方法来计算出各个节点的电压。
修正节点电压法的计算过程可以分为以下几个步骤:1. 标记节点:给电路中的每个节点标记一个编号,作为未知量。
2. 建立节点电压方程:根据基尔霍夫电流定律和欧姆定律,建立与节点电压有关的方程。
3. 修正节点电压:根据电路中的电流源和电压源,对节点电压进行修正。
4. 解线性方程组:将节点电压方程组表示为矩阵形式,并通过求解线性方程组的方法计算出各个节点的电压。
5. 计算电流和功率:根据节点电压和欧姆定律,计算电路中各个元件的电流和功率。
修正节点电压法在实际电路分析中具有广泛的应用。
它可以用于分析各种类型的电路,包括直流电路和交流电路。
在直流电路中,修正节点电压法可以用于计算电路中各个节点的电压和电流,从而确定电路的工作状态。
[电路分析]节点电压法
![[电路分析]节点电压法](https://img.taocdn.com/s3/m/c0b15179ccbff121dd368370.png)
节点电压法.一、节点电压方程出发点进一步减少方程数,用未知的节点电压代替未知的支路电压来建立方程。
图3.2-1电路共有4个节点、 6条支路(把电流源和电导并联的电路看成是一条支路)。
用支路电流法计算,需列写6个独立的方程选取节点d为参考点,d点的电位为,则节点a、b、c为独立的节点,它们与d 点之间的电压称为各节点的节点电压(node voltage),实际上就是各点的电位。
这样a、b、c的节点电压是。
各电导支路的支路电流也就可用节点电压来表示结论:用3个节点电压表示了6个支路电压。
进一步减少了方程数。
1、节点电压方程根据KCL,可得图3.2-1电路的节点电压方程节点电压方程的一般形式自电导×本节点电压-Σ(互电导×相邻节点电压)= 流入本节点的所有电流源的电流的代数和自电导(self conductance)是指与每个节点相连的所有电导之和,互电导(mutual conductance)是指连接两个节点之间的支路电导。
节点电压法分析电路的一般步骤确定参考节点,并给其他独立节点编号。
列写节点电压方程,并求解方程,求得各节点电压。
由求得的节点电压,再求其他的电路变量,如支路电流、电压等。
例3.2-1 图3.2-1所示电路中,G1=G2=G3=2S,G4=G5=G6=1S,,,求各支路电流。
解:1. 电路共有4个节点,选取d为参考点,。
其他三个独立节点的节点电压分别为。
2. 列写节点电压方程节点a:节点b:节点c:代入参数,并整理,得到解方程,得3. 求各支路电流特别注意:节点电压方程的本质是KCL,即Σ(流出电流) =Σ(流入电流),在节点电压方程中,方程的左边是与节点相连的电导上流出的电流之和,方程的右边则是与节点相连的电流源流入该节点的电流之和。
如果某个电流源上还串联有一个电导,那么该电导就不应再计入自电导和互电导之中,因为该电导上的电流(与它串联的电流源的电流)已经计入方程右边了。
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(曹乐萌、郭敏、贺天云、焦登杰)
在网络中,若存在无伴电压源支路时,由于该支路的 导纳为无穷大,这给节点方程的建立带来困难。解决这一 问题的方法之一时将无伴电压源旳支路电流作为网络变量。 因此。在改进的节点方程中,是以节点电压和某些支路电 流作为未知量。这里所说的某些支路电流除了无伴电压源 支路电流外,还可以包含需要求解的支路电流。改进节点 方程如下:
������
0 0
������������������ = ������������7
计算并列些出节点导纳矩阵:
1 R jC2 5 T Yn A0Ye A0 jC2 0 0 jC2 jC2 1 jC4 j L4 0 0 jC4 jC4 R5 R5 0 R5 R5 G6 0
������
列些除无伴电压源支路外的支路导纳矩阵:
������������ = ������������������������ 1 ������1 ������������������2 1 ������������������3 ������������������4 1 ������5 ������7
改进的节点电压法是以增加网络变量数为代价,避开 了写无伴电压源旳支路导纳。含网络有N+1个节点、P个 无伴电压源支路和r个直接求电流支路,则改进节点电压 方程的网络变量数为N+P+r个,系数矩阵为N+P+r阶方阵。 对于含有无伴受控源的支路,可用变量������������ 表示出VCR关系 再代入矩阵中,列出矩阵方程。
列些步骤: 1、选定支路参考方向,画出网络的有向图; 2、对节点和支路进行编号,尽量将无伴电压源和无伴受控 源编号后置,确定参考节点,写出关联矩阵A= ������0 ������������ ������������ ; 3、各节点电压为网络变量������������ ,将无伴电压源的支路电流作 为网络变量得列向量������������ ,直接求支路电流列向量������������ ; 4、写出除去无伴电源支路后的支路导纳矩������������ 、 已知电流源 列向量������������ 、电压源列向量������������ 、无伴电压源列向量������������������ ; 5、求出节点导纳矩阵������������ 、节点等效电流源列向量������������ ; 6、根据直接求支路电流与借点电压的关系列些VCR方程; 7、含独立受控源支路,用节点电压表示VCR关系式; 8、根据改进节点方程矩阵形式,列些节点方程。
网络中旳支路编号按一般支路、无伴电压源和直接求电流 支路排序,则可将网络的关联矩阵A写成如下分块形式:
A= ������0
������������
������������
式中������0 是反映一般支路与节点之间关联关系的子阵, ������������ 是反映无伴电压源与节点之间关联关系的子阵, ������������ 是反应直 接求电流支路与节点之间关联关系的子阵。 将支路电流向量和支路电压向量也按同样的顺序分块为:
jC4
列些节点等效电流源列向量In : ������������1 ������������ = ������0 ������������ − ������������ ������������ = ������1
������
0
0 ������������6
无伴受控电压源所在支路的VCR为: ������������1 − ������������2 = ������������������4 ������������8 (������������2 − ������������3 )
整理得
������������1 +(-1-������������������4 ������������8 )������������2 +������������������4 ������������8 ������������3 =0
此式:用节点电压表示无伴受控源支路的电压。并 将其带入矩阵方程中。
根据改进节点方程矩阵形式列些矩阵方程:
1 R jC2 5 jC2 0 0 0 1 jC2 jC2 1 jC4 j L4 0 0 1 jC4 R 8 0 jC4 jC4 R5 R5 1 jC4 R 8 0 0 R5 R5 G6 0 0 0 0 1 0 0 0 1 U s1 U n1 R 1 U 1 n 2 0 U n3 0 0 U n 4 Is6 0 IE4 U E4 0 I w8 0 0
������������ = ������������ ������������ 前面规定,写于矩阵方程右侧的独立源与规定的支路电 流方向相反为正,而无伴电压源与节点电压方向一致,所 以此处加负号。
即得:
������0 = ������0 ������0 ������ ������������ + ������������ ������������ − ������������
令: ������������ = ������0 ������������ ������0 ������ ������������ = ������0 ������������ − ������������ ������������
则改进节点方程矩阵形式:
������������ −������������ ������ ������������ ������������ ������ ������������ 0 0 ������������ ������������ ������������ 0 ������������ = ������������������ −1 ������������ 0
列些电路网络中已知电压源������������ 、已知电流源������������ 以及无伴电 压源����������������� = 0 0 0
������������ = ������������1 0
0 0 ������������6
0 0
������
������������ = ������������ ������������ ������ ������������
整理上式得:
������0 ������������ ������0 ������ ������������ +������������ ������������ +������������ ������������ = ������0 ������������ − ������������ ������������
������
������0 =������0 ������ ������������ ; ������������ =������������ ������ ������������ ; ������������ =������������ ������ ������������ ; 一般支路、无伴电压源支路和直接求电流支路的VCR方 程分别为: ������0 = ������������ ������0 + ������������ ������������ − ������������ ������������ =-������������������
jC4
������0 ������0 + ������������ ������������ + ������������ ������������ = 0
根据KVL,有 ������0 ������������ = ������0 ������������ ������������ ������������
例:如图列些电路的改进节点电压方程。
解: 列些网络的关联矩阵:
A= A0 AE 1 0 Ax = 0 0 1 -1 0 0 0 1 0 0 0 1 -1 0 0 0 1 -1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 -1 0 0
写出网络变量矩阵:
������������ = ������������1 ������������ = ������������7 ������������2 ������������3 ������������4
������������ = ������0
根据KCL,有
������������
������������
������
; ������������ = ������0
������������
������������
������
������0
������������
������������
������0 ������������ = 0; ������������